[发明专利]高温玻璃金属真空集热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种供热技术中的集热装置，尤其是一种真空集热管。本发明属于太阳能利用技术领域。

背景技术

能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础，随着经济的持续高速增长，化石能源的资源有限性和开发利用带来的环境问题越来越成为经济和社会的可持续发展的制约因素。加快可再生能源的开发利用是解决能源和环境问题的重要途径和措施。太阳能是清洁无污染且永不枯竭的能源，其越来越受到全社会的重视，是发展最快的可再生能源之一，也是各国竞相发展的重点。

目前，公知的有效吸收太阳热能的装置是太阳能真空集热管，因此太阳能真空集热管是太阳能热利用的核心元器件。随着科研人员的持续努力，现在已经开发出多种太阳能真空集热管。

一种全玻璃真空太阳能集热管由一端开口，另一端封闭的内外玻璃套管组合而成。在内外玻璃套管之间是真空夹层。选择性吸收膜层镀在真空管的内层玻璃外表面上。其工作原理是依靠玻璃真空管本身朝阳面与背光面间的温差形成自然对流驱动力，使水在玻璃管内流动。该类型的全玻璃真空太阳能集热管存在以下问题：换热效率低，由于玻璃管长径比很大，故使得自然对流的流动阻力较大，管内水与玻璃管壁间的换热系数较低。使用安全性差，因为有真空绝热层及内层玻璃上的选择性吸收膜层，故全玻璃真空管的内层玻璃管能达到很高的温度。有可能在使用中全玻璃真空管会有“热爆”和“冷爆”现象发生。这对大面积太阳能热水工程的危害尤为严重。采用价格昂贵的特种硅硼玻璃，由于玻璃上镀有高吸收率，低发射率的选择性吸收膜层，玻璃的工作温度会很高。为使管子能在高温下长期工作，就要求制作玻璃管的玻璃热膨胀系数低。这样就要采用价格昂贵，产量有限的硅硼玻璃3.3。

后来出现一种金属太阳能真空集热管，其主要由玻璃内、外管及插入玻璃内管中的圆形或椭圆形金属管构成，其玻璃内、外管之间为封闭的真空夹层，金属管与玻璃内管之间以橡胶封口，金属管外表面涂有选择性吸热膜，当太阳光照射在金属管的吸热膜上，将光能转化为热能从而达到将水加热的目的。但这种集热管在使用过程中存在下述问题：采光面积减小，热效率低，集热管采用圆形或椭圆形，当太阳光辐射在集热管上，排列组合在一起的集热管互相遮挡，使集热管会出现阳光照射不到的死角，从而减小了集热面积，造成热效率降低；使用安全性差，在严冬季节，由于金属管内的存水结冰，造成了体积膨胀，而上述几何形状的金属管耐压性较差，一旦破裂，太阳能热水器就无法使用。

一种太阳能真空集热管，包括玻璃外管和金属集热管，玻璃外管和金属集热管之间的空间为真空层，金属集热管上具有翅片，且金属集热管及其翅片的表面涂有太阳能吸收涂层，玻璃外管的两端具有金属保护盖帽，金属集热管的两翼端口穿过金属保护盖帽，金属集热管的两翼端口为介质进、出口，金属集热管的两端套装有橡胶密封端盖，且橡胶密封端盖的外圈与玻璃外管的内壁紧密配合。其中，玻璃外管和金属集热管之间抽成真空并依靠橡胶密封端盖可靠密封，金属集热管及其翅片表面的涂层吸收太阳能，由于金属集热管能承受较大压力，所以金属集热管内水等液体介质可承压流动，金属集热管与水等介质的传热过程是对流换热加传导换热，而且真空保温最大限度地降低了热损失，因而对于全玻璃真空管而言，集热效率大大提高。同时由于介质在管内流动，不易产生水垢和存积杂质，使用寿命大为提高。但是，这种真空集热管两端的橡胶密封端盖与玻璃外管配合紧密，以维持真空，但在集热管温差的反复作用下，金属管和玻璃管的热膨胀系数存在固有差别，两管之间形成相对位移差，橡胶密封端盖的耐候性较差，也容易发生破裂，造成密封不严，导致真空失效，集热效率显著降低。

为了克服现有的太阳能真空管集热管的不足，本发明的目的是提供一种不同于现有太阳能真空集热管的太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管不仅能克服实际使用中因集热管破碎而造成泄漏的问题，也适宜制作大直径的太阳能真空集热管，同时还能提高真空集热管的使用稳定性，延长使用寿命，达到低碳环保的要求。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有的太阳能真空集热管的因破碎而造成泄漏、受结构限制不适宜做成大直径等不足之处，提出一种适于做成大直径的太阳能真空集热管，并具有真空效果好、较稳定的使用寿命等优点，从而提高太阳能集热系统的规模适应性。